Flexible Nutzungsmöglichkeiten bei größtmöglicher Standardisierung sind Prämissen für Verkabelungsprodukte, die eine weite Verbreitung haben oder auch erst finden sollen. Im Falle von Starlan steht zusätzlich zu diesen Kriterien noch ein Kommunikationsriese hinter einem Produkt, dessen weltweite Installationszahlen im oberen Durchschnitt liegen. Im folgenden sei gezeigt, wie das AT&T-Vernetzungsprodukt seinem Anspruch ein "offenes System" zu sein, gerecht zu werden versucht.

Der IEEE 802.3 Netzwerkstandard und der Vorgängerstandard Ethernet wurzeln in der klassischen "Carrier Sense Multiple Access (CSMA)" Technik. Pionier war die Universität von Hawaii mit dem "ALOHA packet radio network". Nach technischen Verbesserungen durch Xerox wurde der Ausdruck "Collision Detection" (CD) hinzugefügt, um anzuzeigen, daß dieses verbesserte Verfahren simultane Zugriffsversuche auf ein einziges Medium handhaben kann. Die CSMA/CD oder Ethernet-Entwicklungen begannen schon 1973 bei Xerox und führten letztlich zur Patentierung und zum De-facto-Standard. Die Ethernet Spezifikationen wurden dann von den Firmen Xerox, DEC und Intel im Jahr 1980 gemeinsam veröffentlicht. Als IEEE 802.3 wird diese Grundtechnik, sowie einige Variationen davon, als Standard beschrieben.

Kein Overhead durch Wartezeiten

Unter CSMA/CD prüft jede sendewillige Station als erstes, ob das Übertragungsmedium vorhanden ist (Carrier Sense). Findet zu diesem Zeitpunkt kein Sendebetrieb statt, sendet die Station. Es entsteht kein Overhead durch Wartezeit auf einen bestimmten Zeitpunkt oder darauf, daß ein freies Token zur Verfügung steht. Versuchen zwei oder mehrere Stationen simultan zu übertragen, entsteht eine Kollision. Nach der Entdeckung der Kollision brechen alle sendenden Stationen die Übertragung ab, warten, bevor sie nach einer "zufälligen" Zeitdauer den Übertragungsversuch wiederholen. Die Station, die die kürzeste Wartezeit hatte sendet als erste und die anderen verschieben ihre Sendeversuche bis die Übertragung beendet ist. Diese Warteprozedur ("back-off" procedure) ist Teil des IEEE 802.3 Standards und gilt gleichermaßen für alle 1 MB/s und 10 MB/s Netzwerke, die sich auf diesen Standard berufen.

Die 802.3 CSMA/CD Funktionselemente, die mit Ausnahme der Namenskonvention identisch sind mit Ethernet, werden unter IEEE 802.3 10BASE5 beschrieben. 10BASE5 bedeutet: 10 MB/s, Basisband, maximal 500 Meter Mediumstrecke zwischen zwei Stationen. Das Medium ist ein bis zu 500 Meter langes "dickes" Koax-Kabel, Verbindungen werden über eine "Media Attachment Unit" (MAU) hergestellt, die ebenfalls ein IEEE-Grundelement ist. Ethernet bezeichnet diese Koax-Kabel-MAU als "transceiver". Die MAU ist also eine Einheit, die mechanisch an das Kabel geklammert ist. Durch eine relativ teure Komponente, dem "Attachment Unit Interface" (AUI-cable), wird eine Station mit der MAU verbunden. Zwei Koax-Kabelsegmente können über einen "repeater" verbunden werden. Der ursprüngliche "10BASE5" Repeater hatte zwei Steckdosen für AUI-Kabel, die wiederum an je eine MAU der zwei Kabelsegmente geführt werden konnte. Durch die Erweiterung des 802.3-Urstandards im Jahr 1987, kann der Einfache-Repeater auch durch einen "Multi-Port-Repeater" ersetzt werden. Während der Standardisierungsanstrengungen für 10 MB/s "twisted pair" Medium (10BASE-T) wurde dieser Multi-Port Repeater in der IEEE unter dem Namen "HUB" definiert.

Ende 1983, Anfang 1984 lag der IEEE eine Petition vor, mit der Bitte, eine Arbeitsgruppe zu etablieren, die untersuchen solle, wie die 10BASE5-Bus-Technologie so erweitert werden könne, daß auch 1 MB/s Starlan der IEEE-Norm entspricht. Starlan mit 1 MB/s hat logisch eine Bus-Topologie, jedoch physikalisch eine Stern-Topologie, und kann daher auf bereits installierten, verdrillten Telefonleitungen implementiert werden, die ebenfalls eine Stern-Topologie darstellen. Es war relativ schwierig, einen 1-MB/s-Standard durchzusetzen. Es bestand sehr viel Skepsis gegenüber der Idee eine hohe Datengeschwindigkeit auf einem so einfachen Medium wie verdrillte Telefonleitung zu betreiben. Im Gegensatz zu den heutigen Arbeiten am 10-MB/s-Standard für verdrillte Leitungen mußten auch erst noch entsprechende Hub-Funktionen und Einheiten, funktional ähnlich der MAU, definiert werden. Mit Hilfe, Unterstützung und Erweiterungsvorschlägen von AT&T und zahlreichen anderen interessierten Firmen bestätigte die IEEE im Jahr 1987 den Standard IEEE 802.3 1BASE5. 1BASE5 bedeutet: 1 MB/s, Basisband, maximal 500 Meter Mediumstrecke zwischen zwei Stationen, die an eine HUB angeschlossen sind.

Bereits seit längerem wird wieder mehr Aufmerksamkeit dem 10-MB/s-802.3-Standard gewidmet. Einige erfolgreiche Eingaben bei der IEEE wurden im Hinblick auf neue Übertragungsmedien gemacht. Anders als bei den Arbeiten zu 1 MB/s, wurden die bereits standardisierten HUBs (Multi-Port-Repeater-Einheiten) davon nicht berührt, sondern man arbeitete an Einheiten entsprechend der MAU, um andere Übertragungsmedien berücksichtigen zu können. Eines der ersten Medien war das dünne Koax-Kabel. Die Arbeiten an einer entsprechenden Anschlußeinheit (MAU) mündeten in den Standard IEEE 802.3 10BASE2. Lichtwellenleiter-Anschlußeinheiten (fiber optic MAUs, FOMAUs) wurden bereits unter dem Standard "Fiber Optic Inter Repeater Link" (FOIRL) spezifiziert. IEEE 802.3 wurde desweiteren so erweitert, daß Breitbandübertragungssysteme mit einbezogen werden können (10BROAD36).

Die Arbeiten an MAUs für andere Medien bestimmten so auch die Entwicklungsrichtung. Dadurch, daß man die HUB-Spezifikation übernehmen konnte, war es leichter und einfacher sich auf die MAUs zu konzentrieren. Diese Strategie schuf die Basis für die Standardisierung der verdrillten Zweidrahtleitung. Der vorläufige Name der Arbeitsgruppe ist 10 BASET. Die Normung der TP-MAU (twisted pair) wird bald erwartet, der Entscheidungsprozeß läuft. An den Arbeiten zum 1 MB/s Starlan beteiligten sich nur einige wenige Firmen, mittlerweile sind es mehr als 35 Firmen mit einem breiten Spektrum von weiteren Interessen wie Leitungen, VLSI Technologie, Systemanbieter und so weiter ...

Die ursprünglichen Arbeiten von AT&T am 1 MB/s Starlan waren die Antwort auf mehr und mehr spürbare Nachfrage, die Koax-Installationen zu ersetzen und ein Netzwerk anbieten zu können, daß bei akzeptabler Leistung ein, im Gebäude bereits vorhandenes, Telefonleitungssystem nutzt. Starlan war das erste und auf existierenden Standards basierende lokale Netzwerk mit logischer Bus-Technologie, das auf einem bereits vorhandenem (installierten) Medium mit hierarchischer Topologie (PDS) implementiert werden konnte.

Das Herzstück des 1 MB/s Starlan ist die HUB (AT&T Starlan Network HUB Unit). Eine HUB arbeitet wie ein Signal-Konzentrator. Jede HUB konzentriert Daten von ihrer Quelle, das sind Stationen oder in der Hierarchie tiefere HUBS, und reicht sie an die nächst höhere HUB-Ebene weiter. In der höchsten HUB-Ebene wird die Richtung der Daten geändert ("looped around") und gleichzeitig auf alle Ausgänge, erteilt (tiefere HUBS). Die tieferen HUBs verteilen die Daten wiederum auf alle Ausgänge, an denen entweder Stationen oder noch tiefere HUBs angeschlossen sein können. Neben den normalen Konzentratorfunktionen,

muß eine HUB in der Lage sein, Kollisionen zu entdecken. Sind zwei oder mehrere Eingänge simultan aktiv, reagiert die HUB, indem sie die normalen Datensignale durch ein spezielles Anzeigesignal "Collision Presence" ersetzt. Die Starlan-Stationen entdecken dieses Signal und beginnen mit den, Kollisionsmechanismus.

Um die Verbindungsfähigkeit des Starlan 10 Produkts richtig würdigen zu können, ist es vielleicht sehr instruktiv, die vor Starlan existierenden auf Ethernet basierenden Produkte, die in Installationen bereits vorhanden sind, zu betrachten. Die wesentlichen Teile einer Ethernet-Umgebung umfassen einen nur kleinen Satz von einfachen Elementen. Das Ethernet-Medium ist das Koax-Kabel mit zwei oder mehreren befestigten Media Attachment Units (MAU), Typischerweise ist eine Station mit einem Attachment Unit Interface mit dieser MAU verbunden. Das sehr teure AUI-Kabel besteht aus fünf einzeln abgeschirmten Zweidrahtleitungen, die gegeneinander verdrillt und in einer alles zusammen noch einmal abschirmenden Ummantelung verpackt sind. Alternativ findet man in der Ethernet-Umgebung als einfacheres Medium das dünne Koax-Kabel. Jedoch die maximale Kabellänge und die Anzahl der Benützer ist reduzierter gegenüber dem dicken Koax-Kabel. Diese Variante wird allgemein Cheapernet (10BASE2) genannt. Die Cheapernet-Station hat immer, eine interne MAU, und die Verbindung zum Medium wird über einen einfachen BNC-T-Anschluß realisiert. So werden Kosten für externe MAU sind AUI eliminiert und das preiswertere dünne Koax-Kabel reduziert zusätzlich die Kabelkosten, daher Cheapernet.

Ethernet und Cheapernet haben sowohl logisch, als auch physikalisch, eine Bus-Topologie und passen daher nicht so recht in eine Gebäudeinstallation, die in der Regel ein hierarchische Stern-Topologie aufweist. Die Stern-Topologie ist eigentlich die normale Art und Weise, ein Gebäude zu installieren, mit Steigleitungen, Verteilern und sternförmiger Verdrahtung. Ring- oder Bus-Topologien müssen mit speziellen Brückengeräten Übergänge zu Stern-Topologien schaffen, aber auch das ist nicht immer möglich. Auf der anderen Seite wurden Starlan 1 und Starlan 10 kompromißlos auf eine normale Gebäudestruktur und das vorhandene, normale Verdrahtungsschema ausgelegt.

Der folgende Abschnitt soll einen kurzen Überblick über einige Aspekte der Zweidraht-Technologie und der damit in Beziehung stehenden Starlan 10 Produkte geben.

Neben einigen anderen Übertragungsmedien, wird AT&T Starlan 10 auf Telefonkabeln eingesetzt. Genauer gesagt: auf verdrillten Zweidraht-Leitungen (twisted pair). Dieses Medium wurde ursprünglich zur Übertragung der menschlichen Stimme entwickelt. Die Leistungsfähigkeit wurde so erweitert, daß auch eine Basisband-Übertragung mit 10 MBit/s möglich ist, obwohl es nicht machbar schien. Zwei Faktoren beeinflussen die Machbarkeit; Entfernung und Signallaufzeit. Die Entfernung, das heißt der Abstand zwischen Benutzerstationen und Serverstationen oder Hub, sind in lokalen Netzen relativ gering. Typisch sind hier zirka 60 Meter. Für die Realisierung wird das Signal so verändert, im Sinne einer Vorkompensation, daß die zu erwartenden Signalverzerrungen bereits berücksichtigt werden. Es kann so die weite Bandbreite des Starlan 10 Signals über die schmale Bandbreite der verdrillten Zweidrahtleitung geführt werden. Die Vorkompensation ist der Schlüssel der 10 MB/s-Übertragung über einfache Telefonleitungen. Eine einfache graphische Erklärung der Wirkungskreise der Vorkompensation ist Bild 1 zu entnehmen.

Zu jeder Bitzeit beziehungsweise Halb-Bitzeit befindet sich nach den Manchester-Kodierverfahren (also auch bei Starlan 1 und 10) ein möglicher Übergang von einem Datenbit zum nächsten. Ohne Vorkompensation wird das Medium überladen, wenn das Signal für eine ganze Bitperiode auf den Draht stehen bleibt. An einem Punkt, an dem die empfangenen seriellen Daten die Nullinie kreuzen, ist zu sehen, daß das Signal hochgehalten wird. Dieses falsche Hochhalten wird dann während der Daten-Dekodierung einen Fehler erzeugen. Die Vorkompensation reduziert (oder verzerrt) das Übertragungssignal auf ein Niveau, wie es einem kurzen Singnalimpuls in der zweiten Hälfte eines vollen Signalimpulses entspräche. Die empfangenen Signale werden ihre Nulldurchgänge etwa an der gleichen Stelle haben wie vorher, je nachdem ob lange oder kurze Signalperioden gesendet werden. Bei Strecken unter 100 Meter ist diese Art der Vorkompensation unproblematisch. Die Bedingungen für Entfernungen, die erheblich über 100 Meter Zweidrahtstrecke liegen, sind hier nicht direkt vergleichbar, da bei diesen Entfernungen andere Probleme auftreten, wie starke Signalschwächung und Übersprechen anderer Leitungspaare desselben Kabelstranges.

Die Starlan 10 Hub entspricht der IEEE Standard Hub. Die Hub ist das zentrale Element der Starlan-Vernetzung. Der "Multi-Port Repeater Algorithmus" leitet die empfangenen Daten zu allen vorhandenen Ports, jedoch nicht zum sendenden Eingangs-Port. (Bei 1 MB/s Starlan wird ein anderes Verfahren angewandt.) Tritt zu diesem Zeitpunkt eine Kollision auf, werden alle Ports aktiviert. Angeschlossene Stationen oder Hubs bearbeiten gleichzeitig-ankommende und -abgehende Daten als Kollision. Die Starlan 10 Wire Hub verfügt über zehn als Drahtanschluß vorgesehene "IN-Ports", an die Stationen oder andere, in der Hierarchie niedrigere, Hubs angeschlossen werden können. Ein elfter Anschluß kann wahlweise als IN oder OUT geschaltet werden. Diese IN/OUT-Terminologie definiert nur, welche der 2 verdrillten Leitungen die Sendedaten und die Empfangsdaten führt. Da Hubs hierarchisch vernetzt werden, wird dieser Anschluß bei der, in der Hierarchie, niedrigeren Hub auf OUT geschaltet. Die höhere Hub benutzt einen beliebigen IN-Anschluß. Man kann so Standardleitungen verwenden und benötigt keinen speziellen Adapter, der die Leitungen kreuzt (Null-Modem). Innerhalb des Gebäudes kann so ein einheitliches Farbcodierungsschema beibehalten werden. In der IEEE-Terminologie ausgedruckt, ist ein Multi-Port Repeater eine Hub-Einheit, die intern 11 MAUs für den Übergang verdrillter Zweidraht-Leitung enthält. Zusätzlich zu den 11 Ports existiert ein Adapter-Unit-Interface (AUI) Port, an den jede Standard Media-Attachment-Unit (MAU) angeschlossen werden kann. Eine MAU bedient wiederum den Übergang zu anderen Medien, wie zu dünne und dicke Koax-Kabel, zu Lichtwellenleitungen und zu anderen Breitbandmedien und auch wieder zu Telefonleitungen. Wie interessant diese Eigenschaft ist, wird deutlich, wenn man das mögliche (weiter unten beschriebene) Netzwerkdesign von AT&T Starlan 10 betrachtet.

Der Anschluß von PCs ans Netz wird mit den Network Access Units (NAUs) hergestellt. Eine NAU ist eine Erweiterungskarte für XT/AT-kompatible PCs. Die PC-NAU-Karte hat eine RJ45-Steckbuchse und kann so direkt oder über das Telefonleitungssystem mit der Hub-Einheit verbunden werden. In der IEEE-Terminologie ausgedrückt: eine PC-NAU hat eine interne "Twisted Pair Media Attachment Unit".

Stationen, Brücken oder andere logische Netzwerk-Endpunkte mit AUI-Port werden über einen AUI-Adapter direkt oder über das Telefonsystem an eine Hub-Einheit angeschlossen. Das IEEE-Gegenstück zum AUI-Adapter ist die externe "Twisted Pair Media Attachment Unit" (TP-MAU). Der AUI-Adapter kann optional die Telefonseite auf IN oder OUT schalten. Man kann beispielsweise auch die Hub-Einheit

oder die (weiter unten beschriebene) Lichtfaser-Hub-Einheit (Fiber Hub) über den AUI-Adapter um einem zusätzlichen Telefonleitungsanschluß erweitern.

Die Hubs, Network Access (NAUs) und Attachment Unit Interface (AUI) Adapter sind das Grundgerüst des Starlan-10-Angebotes. Bild 2 zeigt diese drei elementaren Einheiten in einem Beispielnetzwerk.

Die gezeigten Hub-Verbindungen sind in einer logischen Hierarchie verschaltet, wobei der, in den Ebenen höhere, Hub den niedrigeren bedient. Obwohl die Gebäudeverkabelungsstruktur diese physikalische Hierarchie vorgibt, hat das für Starlan 10 keinen hierarchischen Einfluß. Die Spitze der Hub-Hierarchie wird typischerweise an einem zentralen Ort der Vernetzung, beispielsweise im Hauptverteilerraum, installiert sein. Die anderen Hubs sind dann an den Etagenverteilern oder in den Arbeitsräumen zu finden. Unabhängig von ihrem Ort werden die Starlan 10 NAUs an jede beliebige Hub installiert. Die künstliche (physikalische) Hierarchie ist dabei unbedeutend. Zur Vollständigkeit dieses Beispiels ist eine beliebige Ethernet-Station mit

Hilfe, eines AUI-Adapters, an das Starlan-Netzwerk angeschlossen worden. Funktional gleich mit der Draht-Hub-Einheit (Wire Hub), ist die Lichtwellenleiter-Hub-Einheit (Fiber Hub). Das wichtigste Bauelement beider Hubs ist der Microelectronics Multi-Port Repeater VLSI. Die Fiber-Hub verfügt über sechs Fiber-Ports (ST), einem auf IN und OUT schaltbarem Wire-Port und einem AUI-Port.

Funktionsgleich mit der Wire-NAU (PC-NAU) ist die Starlan 10-EN-100-Karte. Diese Baugruppe kann sofort in Ethernet/ Cheapernet-Umgebung geschaltet werden. Auf der Karte befinden sich zwei Anschußbuchsen. Bei Cheapernet-Verwendung (10Base2) wird die BNC-Buchse, bei Ethernet (10Base5) wird die D-Sub-Buchse geschaltet. Mittels AUI-Adapter kann auch hier der Übergang zum Telefonsystem hergestellt (10BaseT) werden.

Speziell für PCs mit Micro Channel ist die Starlan entwickelt worden. Diese Karte enthält nur einen AUI-Anschluß und kann nur an eine externe MAU oder über einen AUI-Adapter ans Telefonsystem angeschlossen werden.

Fiber-Adapter sind für den Übergang von Telefonleitungssystem auf Lichtwellenleiter gedacht. Sie werden dann eingesetzt, wenn die Entfernung zwischen zwei Netz-Endprodukten die maximal zulässige Entfernung für Telefondraht (das sind 100 Meter) überschritten wird. Die zu überbrückende Strecke wird mit LWL-Kabel (bis zu 1900 Meter) verlegt und an beiden Enden mit dem Fiber-Adapter ans Telefonnetz angebunden. Verbindungen von Fiber Hubs und Wire Hubs werden über diesen Adapter hergestellt. Neben der Lösung von Entfernungsproblemen, bietet die Fiber-Installation Schutz vor elektromagnetischer Störstrahlung in Maschinenräumen. Ebenso ist das LWL Kabel unempfindlich gegen Blitzschlag.

Starlan-10-PC-Netze können vollständig Lichtwellenleiter-Installation aufgebaut werden. In die XT/AT-kompatiblen PCs werden Fiber-NAUs eingesetzt, Fiber-Hubs und LWL-Kabel sind das Medium. Im Bedarfsfall erreicht man so neben anderen gewünschten Eigenschaften ein abhörsicheres lokales Netzwerk.

Vielfalt der vernetzbaren Komponenten

Will man mehrere Starlan 1 MB/s lokale Netze miteinander integrieren, können sogenannte 10:1 Brückengeräte eingesetzt werden.

Die bisher beschriebenen Einheiten sind nur die wesentlichsten Komponenten des AT&T Starlan-10-Angebotes, da die vollständige Beschreibung aller Baugruppen und Dienste den Rahmen dieses Aufsatzes sprengen würde.

Das Bild 3 zeigt eine Vernetzung aller besprochenen Komponenten. Das Beispiel ist nicht so zu verstehen, daß es so gemacht werden muß, sondern nur um zu zeigen, wie einfach es ist, Starlan-10-Produkte und andere 802.3 Produkte, zum Beispiel von DEC, in einem einzigen Netz zu verwenden.

An dicke und dünne Koax-Kabel sind über Koax-MAUs und AUI-Ports die Hubs angeschlossen. Für Arbeitsgruppen, zum Beispiel Sachbearbeiter die für ihre Kommunikation keine schnellen Netze benötigen, bestehen langsamere lokale Netze mit 1 MB/s. Solche langsamer Netze wenden mittels 10:1 Brückengeräte ans schnellere Gesamtnetz angeschlossen. In Umgebungen mit großen Entfernungen bis zu 2 Kilometer, zum Beispiel in Fabrikanlagen oder Hochhäusern, sind Kombinationen aus Fiber-Adapter, Fiber-Hubs und Fiber-NAUs gezeigt. Für die direkte Anbindung von PCs sind EN100- und MC100-NAU-Karten zu sehen.

Anders als im Konglomerat des Bildes 3 zeigt Bild 4 ein srukturiertes und bei Neuinstallation bevorzugtes Netzwerk.

Dieses Beispiel liebt eine kombinierte Telefonleitungs- und Glasfilterinstallation hervor. Das hierarchische Arrangement wird strikt eingehalten, was im wesentlichen die Verwaltung und Wartung des Netzes vereinfacht. Als Anmerkung vielleicht, das die gleichen Starlan-10-Produkte wie im Bild 3 verwendet werden können.

Das Bild 5, als letztes Konfigurationsbeispiel, zeigt die Verwendung eines eventuell bereits vorhandenen Koax-Kabels als Backbone eines Starlan-10-Netzwerkes.

Der Vorteil dieser Konfiguration ist die Verminderung der Signalverzögerung auf ein Minimum. Die Kommunikation zweier Starlan-10-Benutzer läuft hier über maximal zwei Hubs.

Eine spürbare Nachfrage

Traditionell beschränkten sich genormte lokale Netzwerklösungen fast aus schließlich auf die Verwendung des Koax-Kabels. Bei AT&T bestand eine spürbare Nachfrage, um diese zusätzliche Koax-Kabel-Installation zu umgehen und bei akzeptabler Leistung das, im Gebäude schon vorhandene, Telefonleitungssystem zu nutzen. Die Entwicklungen begannen bei AT&T schon 1983 unter dem Begriff "Twisted Pair Connectivity". Es galt eine Netzwerklösung zu finden, die auf der Basis, von Telefonleitungen, sowohl Sprache (analog), digitale Daten aus Nebenstellenanlagen überträgt, als auch Rechnervernetzungen zuläßt. Das Konzept, ein lokales Netzwerk auf ungeschirmten Telefonleitungen (Premises Distribution System, PDS) zu verlegen, wurde mit äußerster Skepsis aufgenommen. Heute hat sich diese Idee durchgesetzt. Die konsequente Verfolgung dieses Konzeptes mündete in Produkte und in eine neue IEEE-Norm. Das ursprüngliche Konzert sah 1 MB/s Übertragungsgeschwindigkeit vor. Neue Entwicklungen erhöhten die Übertragungsgeschwindigkeit auf 10 MB/s, ohne die Grundnormen der IEEE zu verlassen

*Ingo Wieneke (AT&T Deutschland GmbH, Frankfurt) ist Marketing Manager der AT&T Data Systems Group